IPv6技术(第3章)课件

第3章IPv6地址技术 机械工业出版社ISBN7 111 23468 5 全球IPv4地址分配情况 全球IPv6地址分配情况 IPv6与IPv4地址比较 学习内容及要求 本章学习内容及要求要求了解IPv6地址表示方式掌握IPv6地址空间和地址前缀内容掌握IPv6寻址模型内容熟知IPv6地址分类方法掌握IPv6单播地址 多播地址 任播地址内容掌握IPv6地址配置技术了解DHCPv6的应用方法了解IPv6域名系统的使用 学习目标 掌握IPv6地址及前缀表示方法描述IPv6地址分类掌握IPv6地址配置技术了解IPv6的域名解析 IPv6地址IPv6地址分类IPv6地址配置技术IPv6的域名解析 3 1IPv6地址技术概述 3 1 1IPv6地址表示方式在RFC2373 IPv6AddressingArchitecture 文档中规定了IPv6的地址结构IPv6地址有3种格式 首选格式 压缩表示格式 内嵌IPv4地址的IPv6地址格式后面两种格式更加清楚和易于使用新的RFC文档 IPv6地址表示 10000000000000010000010000010000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000100010111111111 10000000000000010000010000010000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000100010111111111 2001 0410 0000 0001 0000 0000 0000 45ff 2001 410 0 1 0 0 0 45ff 2001 410 0 1 45ff 1 首选格式 首选格式也称为标准的IPv6地址表达方式方法是把IPv6的128位二进制位地址按每16位划分为一组 可以划分为8个组 每组用一个4位的十六进制整数表示 各组之间用冒号间隔 IPv6地址首选格式的基本表达方式是X X X X X X X X其中X是一个4位十六进制整数 16位二进制位 每一个数字包含4位二进制位 每个十六进制整数包含4个数字 每个IPv6地址包括8个十六进制整数 共计128位 4 4 8 128 00100000000000010000010000010000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000100010111111111划分为16位一组 每一组用一个4位十六进制整数表示 各组之间由冒号间隔 2001 0410 0000 0001 0000 0000 0000 45ff 2 压缩表示格式 IPv6标准中允许用 空隙 来表示这一长串的0 并且一个4位十六进制整数的起始的0可以省略 压缩掉 但中间和后面的0不可以省略 例如上面用首选格式表示的IPv6地址2001 0410 0000 0001 0000 0000 0000 45ff可以被表示为 2001 410 0 1 0 0 0 45ff规定当地址中存在一个或多个连续的16比特的字符0时 可以用两个冒号 双冒号 表示 双冒号可以代替地址中连续的0 这两个冒号表示该地址可以扩展到一个完整的128位地址 上面的地址可以表示为 2001 410 0 1 45ff 需要注意的是 在使用压缩表示格式时 IPv6标准规定双冒号只能在地址中只能出现一次 并且不能省略一个组中有效的0 例如上面的地址不可以写为 2001 41 0 1 45ff 3 内嵌IPv4地址的IPv6地址格式 在IPv4和IPv6的混合环境中可以采用内嵌IPv4地址的IPv6地址格式IPv6地址中的最低32位可以用于表示IPv4地址 该地址可以按照一种混合方式表达 即X X X X X X d d d d 其中X表示一个十六进制整数 表示16位二进制数 而d表示一个十进制整数 表示8位二进制数 例如 地址0 0 0 0 0 0 202 161 68 97就是一个合法的IPv4地址 把两种可能的表达方式组合在一起 该地址也可以表示为 202 161 68 97 IPv4和IPv6节点共存的方法 当然两个不同IP版本最明显的一个差别是地址 内嵌IPv4地址的IPv6地址格式最早由RFC1884定义 然后被带入RFC2373中 IPv6提供两类嵌有IPv4地址的特殊地址 这两类地址高阶80位均为0 低价32位包含IPv4地址 当中间的16位被置为FFFF时 则指示该地址为IPv4映像的IPv6地址 IPv4兼容地址被节点用于通过IPv4路由器并以隧道方式传送IPv6包 这些节点既理解IPv4又理解IPv6 IPv4映像地址则被IPv6节点用于访问只支持IPv4的节点 3 1 2IPv6地址空间和地址前缀 IPv6格式前缀FP FormatPrefix 采用类似于IPv4地址中的无分类域间路由CIDR机制中的地址前缀 地址前缀用来标识网络 子网和路由 选路 IPv6地址被分成两个部分 子网前缀和接口标识符IPv6地址前缀表示方法与IPv4地址中的CIDR一样 采用 地址 前缀长度 的格式 IPv6地址前缀格式为 IPv6地址 前缀长度IPv6节点地址中指出了前缀长度 例如 4030 0 0 0 C9B4 FF12 48BC 1A27 60 这个地址中用于选路的前缀长度为60位 地址前缀 地址前缀就是地址最前面的那段数字 也属于128位地址空间范围 是路由或子网的表示类似于IPv4网络中的网络ID其表示方法类似于IPv4中的CIDR表示方法 地址 前缀长度 FF02 16 IPv6地址结构 IPv6地址 前缀 接口标识前缀 相当于v4地址中的网络ID接口标识 相当于v4地址中的主机ID2001 A304 6101 1 E0 F726 4E58地址极其丰富 地球上的每一粒沙子都可以有一个IPv6地址 2001 A304 6101 1 E0 F726 4E58 前缀 接口标识 IPv6地址 接口ID的生成 由IEEEEUI 64规范自动生成很方便的哦设备随机生成保护主机的私密性手工配置建议在服务器和重要网络设备上配置 EUI 64规范 将48比特的MAC地址转化为64比特的接口ID由设备自动生成MAC唯一 所以接口ID也唯一48比特的MAC地址转化后的64比特的接口ID IPv6地址空间描述 RFC2373中给出了IPv6地址空间描述 内容包括 地址分配的情况 前缀 地址分配中前面的位值 和作为整个地址空间一部分的地址分配的长度 所占IPv6地址空间的比率 RFC2373文档也给出了一些用来识别特殊地址的格式前缀 也称全球路由前缀 例如本地链路地址或多播地址 RFC2373定义的IPv6地址空间的分配情况如图3 1所示其中超过80 的地址空间是未分配的 IPv6为OSI的NSAP和IPX各保留了1 128地址空间 3 1 3IPv6寻址模型 IPv6地址由两部分组成 一部分是64位子网标识符 另一部分是64位接口标识符 可以看出IPv6地址的一半是子网空间 另一半是接口空间 IPv6地址是分配给接口的在IPv6网络中一个接口可以有一个或多个IPv6地址 包括单播地址 任播地址和多播地址 如果硬件有能力在多个网络接口上正确地共享其网络负载的话 那么多个网络接口可以共享一个IPv6地址这使得从服务器扩展至负载分担的服务器群成为可能 一个网络接口可以具备多个任意类型的IPv6地址 IPv6地址的分配 全球有5个RIR负责所在区域的IPv6地址的分配 欧洲地区 RIPE NCC负责欧洲 中东和部分中亚地区 亚太地区 APNIC负责亚洲和太平洋地区 非洲地址 AfriNIC负责非洲地区 北美地区 ARIN负责加拿大 美国以及加勒比海和北大西洋的一些岛屿 拉丁美洲和加勒比海地区 LACNIC负责拉丁美洲和加勒比海地区的IPv6地址的分配 3 2IPv6地址分类 3 2 1IPv6地址分类概述IPv6地址的分类方法与IPv4类似 按照其传输类型分为3种 单播地址 UnicastAddress 用来标识单一网络接口 多播地址 MulticastAddress 用来标识一组网络接口 通常属于不同的节点 任播地址 AnycastAddress 用来标识一组网络接口 这些接口通常属于不同的节点 任播地址是IPv6引人的一种新的地址类型 特殊地址 需要说明的是 在IPv6中取消了广播地址 BroadcastAddress 用多播地址取代广播地址实现的功能IPv6中取消了广播地址的原因是广播地址从一开始就为IPv4网络带来了问题广播被用来携带去向多个节点的信息 或被那些不知信息来自何方的节点用来发出请求广播可能会为网络性能设置障碍同一网络链路上的大量广播意味着该链路上的每个节点都必须处理所有广播 但是其中绝大部分节点最终都将忽略该广播 因为该广播信息与自己无关 IPv6对此的解决办法 IPv6对此的解决办法是使用一个 所有节点 多播地址来替代那些必须使用广播的情况 同时 对那些原来使用了广播地址的场合 则使用一些更加有限的多播地址 通过这种方法 对于原来对广播携带的业务流感兴趣的节点可以加入一个多播地址 而其他对该信息不感兴趣的节点则可以忽略发往该地址的包 广播从来不能解决信息穿越Internet的问题例如选路信息 而多播则提供了一个可行的方法 可以实现路由信息穿越Internet IPv6的一般地址格式 IPv6地址像IPv4中那样是分配给网络接口的 而不是像OSI中那样是分配给网络节点 一个节点的每个接口都需要至少一个单播地址 一个接口也可以具有多个任意类型的IPv6地址 单播 多播或任播 一个典型的IPv6地址由三个部数据报成 全球路由前缀GRP 子网ID和接口ID IEEEEUI 64格式 IPv6主机地址的接口标识符基于IEEEEUI 64格式该格式基于已存在的MAC地址来创建64位接口标识符 这样的标识符在本地和全球范围是惟一的 可以访问IEEE网站 http standards ieee org db oui tutorials EUI64 html 这些64位接口标识符能在全球范围内逐个编址 并惟一地标识每个网络接口这意味着理论上可多达264个不同的物理接口 3 2 2IPv6单播地址 一个节点可以具有多个IPv6网络接口每个接口必须具有一个与之相关的单播地址 一个IPv6单播地址可看成是一个两字段实体其中一个字段用来标识网络 而另一个字段则用来标识该网络上节点的接口 网络标识符可被划分为几部分 分别标识不同的网络部分 IPv6单播地址的类型包括 可聚类全球单播地址 未指定地址或全0地址 回返地址 嵌有IPv4地址的IPv6地址 基于ISP和基于地理位置的ISP地址 OSI网络服务访问点 NSAP 地址 网络互联包交换 IPX 地址 1 可聚类全球单播地址 可聚类全球单播地址用作IPv6公网地址 每个可聚合全球单播IPv6地址有3个部分 ISP提供商分配的前缀 站点拓扑 组织机构使用提供商分配的一个 48位前缀 可以用前缀的49 64位 一共16位把网络划分为子网 最多可以划分65535个子网 接口ID 接口标识符 IPv6地址的低64位用于标识接口 本地链路地址和本地站点地址 本地链路地址设备自动生成 在本地网络中使用本地站点地址相当于v4网络中的私网地址 0 接口ID 1111111010 0 接口ID 1111111011 2 本地链路地址 本地链路地址具有固定的地址格式 是在IPv6中应用范围受限制的地址类型应用范围限制在连接到同一本地链路的节点之间 在邻居发现等IPv6机制中使用到该类型的地址 本地链路地址的组成包括两个部分 一个特定的前缀和接口ID 两部分使用特定的本地链路前缀FE80 64 低64位为接口ID 标识符 本地链路地址自动配置的原理 本地链路前缀FE80 64是特定的 关键是怎样得到64位的接口ID 获取IPv6接口ID的方法是采用EUI 64地址 EUI 64格式由IEEE为网卡制造厂商指定的24比特标识 以及制造商为产品指定的40位比特值的组合 MAC地址转换为EUI 64地址的过程 本地链路地址用于单网络链路上给主机编号前缀的前10位标识的地址即本地链路地址路由器在它们的源端和目的端对具有本地链路地址的包不予处理 永远也不会转发这些包该地址的中间54位置成0而64位接口标识符同样用如前所述的IEEE结构 3 本地站点地址 本地站点地址也是应用范围受限的地址 仅能在一个单位的网络内使用类似于IPv4中的专用地址 私有地址 本地站点地址可以供任何没有申请到ISP提供商分配的可聚类全球单播地址的组织机构和单位使用 与本地链路地址不同的是 本地站点地址不是自动生成的 本地站点地址的前48比特是固定的 其中前10比特是固定的二进制位组合1111111011 后面是38比特0 接着是提供单位构建子网的16比特的子网ID字段 最后是64比特接口ID 4 特殊地址和保留地址 在第一个1 256IPv6地址空间中 所有地址的第一个8位 00000000被保留 大部分空的地址空间用作特殊地址 这些特殊地址包括 未指定地址 这是一个 全0 地址 当没有有效地址时 可采用该地址 回返地址 IPv6回返地址除了最低位外 全为0 即回返地址可表示为0 0 0 0 0 0 0 1或 1 嵌有IPv4地址的IPv6地址 有两类地址 一类允许IPv6节点访问不支持IPv6的IPv4节点 另一类允许IPv6路由器用隧道方式 在IPv4网络上传送IPv6包 特殊地址 Unspecified地址0 0 0 0 0 0 0 0作为源地址使用 并不能被路由器转发Loopback地址0 0 0 0 0 0 0 1IPv4 compatibleIPv6地址IPv4 mappedIPv6地址 3 2 3IPv6多播地址 多播指的是源节点发送的单个数据报可以被指明的多个目的节点收到IPv6协议中的多播地址也通过特定的地址前缀来标识用最高8位是11111111二进制位组合来标识多播地址 类似于有类IPv4地址中的D类地址作为多播地址 用IP地址最高4位二进制位的值1110标识 多播地址只能用作目的地址 多播地址 Flags用来表示permanent或transient多播组Scope表示多播组的范围GroupID多播组ID 预定义的多播组 Node local 本地站点 所有节点的多播地址 FF01 0 0 0 0 0 0 1所有路由器的多播地址 FF01 0 0 0 0 0 0 2Link local 本地链路 所有节点的多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 1所有路由器的多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 2Solicited Node多播地址 FF02 0 0 0 0 1 FFXX XXXX所有OSPF路由器多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 5所有OSPF的DR路由器多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 6所有RIP路由器多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 9所有PIM路由器多播地址 FF02 0 0 0 0 0 0 13 Solicited Node多播 IPv6中特有的多播地址用于DAD和获取本地链路上邻居节点的链路层地址等Solicited Node多播地址生成过程接口ID的后24位 XX XXXX前缀FF02 0 0 0 0 1 FFFF02 0 0 0 0 1 FFXX XXXX地址检测MLDDAD IPv6协议中的多播地址格式 标识字段 地址格式中的第1个字节为全 1 标识其为多播地址 标志字段 占4位 目前只定义了第4位 该位用来表示该地址是由Internet编号机构指定的熟知的多播地址 还是特定场合使用的临时多播地址 范围字段 占4位 用来限制多播数据流在网络中发送的范围 例如多播组是只包括同一本地网 同一站点 同一机构中的节点 还是包括IPv6全球地址空间中任何位置的节点 组标识符字段 占112位 用于标识多播组 最多可以编码2112个组的ID IPv6的一些具有特别含义的特殊多播地址 FF01 1表示节点本地范围内所有节点多播地址 FF02 1表示链路本地范围内所有节点多播地址 FF01 2表示节点本地范围内所有路由器多播地址 FF02 2表示链路本地范围内所有路由器多播地址 FF05 2表示站点本地范围内所有路由器多播地址 在IPv6多播地址中有一种特殊用途的请求节点 Solicited node 多播地址 主要用于重复地址检测和获取邻居节点的链路层地址 请求节点多播地址由前缀FF02 1 FF00 0 104和单播地址的最后24位组成 3 2 4IPv6任播地址 任播地址是IPv6协议特有的地址类型适合于一对一组中的一个 OnetoOneofMany 的通信需求 任播地址用来标识一组网络接口这些接口通常属于不同的节点 路由器会把目标地址是任播地址的数据报发送给离该路由器最近的一个网络接口 任播地址只能用作IPv6数据报的目的地址 任播地址只能分配给IPv6路由器或服务器主机 任播地址与多播地址类似同样是多个节点共享一个任播地址不同的是 只有一个节点期待接收给任播地址的数据报 IPv6地址新类型 任播 Anycast 可用于标识特定ISP的路由器集合等同单播地址相同不能做为源地址使用仅用于路由器 Who sGateway I mnearestone 任播地址的讨论 任播地址在移动通信中很有用接收方只需要是一组接口中的一个即可 这样可以使移动用户在地理位置上不会受过多的限制 IPv6任播地址是从单播地址空间中划分出来的 任播地址与单播地址有相同的格式当一个单播地址属于多个接口时 它就是任播地址 在每个子网内接口标识符值0 127是为子网任播地址分配而保留的0 125和127为保留126用于移动IPv6家乡代理 MobileIPv6HomeAgents 的任播 IPv6协议中的任播地址格式 一种可能的用法是 为一个公司网络内提供因特网访问的所有路由器都配置一个专门的任播地址 每当一个数据包被发送到该任播地址时 它就会被发送到距离最近的提供因特网访问的路由器上 节点所需要的地址 主机节点需要如下地址来标识自己Link Local地址手工或自动配置的单播地址loopback地址 All Nodes 和 Solicited Node 及其它所属于的多播地址路由器节点除了以上地址 还要有 Subnet Router 及路由器上配置的任播地址 All Routers 多播地址 3 4IPv6地址配置技术 对路由器的接口配置一个IPv6地址 并指定一个前缀长度 IPv6没有子网掩码的概念而是前缀长度取代了子网掩码IPv6主机地址配置考虑到主机用途的多样性 采用自动配置方法 常用的自动配置技术有 状态自动配置协议 DHCPv6 无状态自动配置协议 无状态地址配置过程 1 通过EUI 64规范产生接口ID 在接口ID前加上本地链路地址的网络前缀FE80 64 得到本地链路地址 2 通过邻居发现协议来验证本地链路地址的唯一性 问题 邻居发现协议是如何验证本地链路地址唯一性的 3 节点通过获取路由器通告报文 来获知可汇聚全球单播地址前缀 节点把可汇聚全球单播地址前缀放在接口ID前面 就得到了可汇聚全球单播地址 问题 节点是如何通过路由器请求报文及路由器通告报文来获取前缀的 IPv6地址配置技术 自动配置无状态自动配置 statelessautoconfiguration 有状态自动配置 statefulautoconfiguration 手工配置建议用于服务器和重要网络设备 地址自动配置技术的作用 自动配置技术能够完成以下功能 赋予主机自己的地址参数地址前缀接口ID赋予主机其它的相关参数路由器地址跳数MTU 地址自动配置过程 接口初始化接口产生 tentative 地址对 tentative 地址进行地址重复检测 DAD 接口产生link local地址 具备IP连接能力决定采用何种自动配置技术由RouterAdvertisement报文及主机配置来决定无状态自动配置 statelessautoconfiguration 有状态自动配置 statefulautoconfiguration 获得全球地址 3 4 1地址手工配置和检测 一个接口地址主要配置的内容有两个 用于标识接口的128位IPv6地址 用于标识接口属于哪个网络的前缀长度 IPv6配置到接口上以后 需要检测所配置的地址在链路上是否是惟一的 IPv6重复地址检测DAD属于IPv6邻居发现ND NeighborDiscovery 协议的功能 3 4 2地址自动配置 1 即插即用2 状态自动配置与无状态自动配置3 IPv6无状态自动配置4 BOOTP 无状态自动配置技术特点 IPv6的标准功能RFC2462无需进行手工配置即插即用性减轻网络管理的负担对主机 路由器均可进行自动配置可配置多个地址进行网络无缝迁移 无状态自动配置的报文 RouterSolicitationRouterAdvertisementNeighborSolicitationNeighborAdvertisement所有报文都基于ICMPv6报文 主机无状态自动配置过程 主机发送RouterSolicitation报文路由器回应RouterAdvertisement报文主机获得前缀及其它参数 IPv6地址 1 ABCD Link local地址 FE80 ABCD 源 FE80 ABCD目的 FF02 2 RS报文 RA报文 前缀为1 源 FE80 EFGH目的 FF02 1 Link local地址 FE80 EFGHIPv6地址 1 1 主机获得前缀及其它参数过程 当存在以下情况时忽略RA发送的前缀 RA报文选项中的 auto 未置位前缀与已有地址前缀重复 包括link local地址 RA报文选项中的 preferredlifetime 时间大于 应为小于 validlifetime 前缀长度与接口ID长度之和不等于128位主机获得前缀同时也获得一些相关时间参数 preferredlifetime 发起新通讯的有效时间 validlifetime 原有通讯的有效时间主机会周期性的收到RA报文并据此报文来更新自己的时间参数 主机获得前缀及其它参数过程 主机会保持获得的前缀 但保持时间依据如下规则 preferredlifetime 时间到期后 主机可继续在原有的通讯中使用此地址 但不能在新的通讯中使用 validlifetime 到期后 此地址为无效地址配置的一致性 可同时使用无状态及有状态两种配置方式除了前缀外 其它参数 MTU HOP等 由最近收到的配置消息为准 重复地址检测 DAD 重复地址检测 DuplicateAddressDetection 确保网络中无两个相同的单播地址任何地址均需做DAD使用NeighborSolicitation完成DAD源地址 unspecified地址目的地址 请求节点多播地址若发现有地址重复随机生成地址 不安排给接口本地链路地址 将接口置于不可用状态 重复地址检测 DAD 过程 地址在配置给接口前称为 tentative地址 首先加入到all nodes组播地址和solicited node组播地址 tentative地址所在的组播 周期性的发出NeighborSolicitation报文源地址 unspecified地址目的地址 请求节点组播地址Targetaddress tentative地址若是第一次发出NeighborSolicitation报文 则主机需要一个随机的延迟作用 避免所有主机同时发NeighborSolicitation报文 重复地址检测 DAD 过程 主机收到NS报文后的处理过程 若报文源地址是单播地址 则认为是ARP用 若报文源地址是unspecified地址 且Targetaddress中包含tentative地址 则认为是DAD报文 若此报文是自己发出的 则忽略此报文 若报文是其它节点发出的 进行DAD检查 若tentative地址与自己地址重复 则双方都不使用此地址 安全性用IP认证头 AH 来防止 拒绝服务攻击 3 4 3DHC